레이더 (레이다)는 무선탐지와 거리측정 (Radio Detecting And Ranging)의 약어로 마이크로파 정도의 전자기파를 물체에 발사시켜 그 물체에서 반사되는 전자기파를 수신하여 물체와의 거리, 방향, 고도 등을 알아내는 무선 장치이다. 레이더는 제2차 세계대전을 계기로 발전하였으며 민간용으로는 선박용 항해 보조기구로 널리 사용되었다. 레이더는 광학적 방법보다 더 정밀한 거리 측정이 가능하고, 실외 환경에서 구름, 얼음 결정, 빗방울 등도 감지 가능하여 기상학에서도 널리 사용되고 있다. 현재는 레이더의 회로 및 보조기구들이 소형화되면서 레이더 건이나 센서 장비로도 사용되고 있다. 산업 자동화 분야에서도 다양한 레이더 센서들이 출시되면서 현장의 악조건을 극복하는 센싱 기술을 적용할 수 있게 됐다.

 

저주파 레이더(24GHz)는 극한의 기상 조건에서도 자동차, 기차, 화물 트럭 등을 포함한 고(高)유전체(전기의 절연물로 사용되는 물질)를 감지할 수 있다. 고주파 레이더(122 ~ 123 GHz)는 실외를 포함한 대부분의 환경에서 폭넓은 범위의 물체를 감지할 수 있으며, 특히 유전율이 낮은 물체를 더 잘 감지할 수 있고 정밀도가 높다. 두 가지 레이더 모두 비슷한 애플리케이션에서 자주 사용되는 초음파 센서보다 내구성은 뛰어나다. 레이더 기반 센서는 리치 스태커, 지게차, 채굴 차량과 같은 온-보드 이동식 장비 또는 캐리어, 핸들러, 화물기 등과 같은 항만 기계류의 충돌 방지에도 이상적인 솔루션이라고 할 수 있다.

 

최근 자동화 솔루션 분야 글로벌 선도기업 터크 ( Turck )의 글로벌 파트너사 배너 엔지니어링에서 새 레이더센서T30R 시리즈가 출시되었고, 국내 KC 전자파 적합 등록을 마쳤다. 30파이 사이즈의 소형 레이더 센서인 T30R 시리즈는 다양한 분야에서 고유전체(금속 또는 많은 양의 물)와 저유전체(목재, 암석 또는 유기 물질)를 안정적으로 감지할 수 있다. 영하 40도에서 영상 65도의 넓은 온도 범위에서 사용 가능한 이 센서는 비, 바람, 눈, 안개, 증기, 햇빛 등의 환경적인 요인에 영향을 받지 않기 때문에, 실외 사용이 어려운 기존의 광학 센서류(광전 센서, 레이저 센서, 광 화이버 센서, 비전 센서 등)를 대체하는 솔루션으로 검토해볼 수 있다. 실외 사용이 가능하므로 보호 등급은 IP67을 기본으로 하며, IP69K까지 지원하는 워시다운 제품도 제공된다.

0.15m에서 25m까지 긴 감지 범위를 보유한 T30R 시리즈 레이더 센서는 1cm 미만의 반복 정밀도와 선형성을 가지고 있으며, 짧은 데드존으로 다양한 애플리케이션에 적용이 가능하다. 15°x15°와 45°x45°의 빔 패턴으로 제공되어 감지 오류가 적고 정밀한 측정이 가능하다는 점도 특징이다.

특히, 레이더 구성 소프트웨어가 무상으로 제공됨은 물론이고, IO-Link 통신을 지원하기 때문에 기존 시스템에 보다 손쉽게 적용할 수 있고, 이 제품은 기존의 레이더 센서 솔루션에 비해 합리적인 가격대에 출시된 점이 메리트다.

 

T30R 레이더 센서를 활용한 하역장 차량 감지 솔루션

기상 조건으로 인해 시야가 좁아지면 하역장에서 차량의 후진이 쉽지 않다. 숙련된 운전자라도 트럭이나 세미 트레일러를 후진하는 동안 하역장까지의 거리를 시각적으로 추정하는 것은 어려울 수 있다. 기상 조건은 종종 이 과정을 훨씬 더 어렵게 만들 수 있으며, 특히 강수량으로 인해 트럭의 사이드미러가 가려지는 경우 더욱 그렇다.

 

해결책: 시각적 표시기(조명)에 연결된 레이더 센서의 사용

레이더 센서는 모든 기상 조건에서 물체를 안정적으로 감지하는 데 사용된다. 배너 엔지니어링의 T30R 센서는 모든 유형의 트럭을 감지하고 추적하는 데 유용하다. 하역장의 데크 바로 아래에 45도 빔 패턴의 T30R-4545 센서를 설치하면 트럭과의 거리에 대한 실시간 레이더 측정값을 수신할 수 있으며, 이 데이터는 WLS27 Pro 스트립 조명과 같은 밝은 시각적 표시기를 사용하여 운전자에게 표시할 수 있다. 이를 통해 운전자는 트럭이 하역장 도킹 스테이션에 얼마나 근접했는지를 WLS27 Pro의 신호등 표시로 시각적으로 확인할 수 있다. 산업용 레이더 감지 기능을 사용하면 까다로운 실외 조건에서도 배송 기사가 도킹 스테이션에서 완벽한 위치에 차량을 안전하고 원활하게 후진하고 주차할 수 있어 효율적인 적재와 하역이 가능해진다.

 

하역장에 설치된 T30R 레이더 센서와 스트립 조명으로 하역장 도킹 스테이션에서 트럭까지의 거리를 측정하여 시각적으로 표시할 수 있다.

 

 

 

화물 트럭을 감지하는 광각 센서 빔

배너 엔지니어링의 T30R-1515 레이더 센서 시리즈는 보다 집중적인 식별을 위해 더 좁은 빔으로 설계되었으며, 실제로 이 모델은 트럭의 유무를 개별적으로 감지하기 위해 하역장 출입구에 배치하여 각도를 아래로 향하게 하는 경우 매우 유용하다. 반면, T30R-4545 시리즈는 모든 크기 또는 형태의 트럭을 포함하여 더 넓은 45도 시야각에서 물체를 감지하도록 특별히 설계되었고, 도킹 스테이션 바로 아래에 수평으로 장착하여 트럭이 제자리로 후진할 때 도어까지의 거리를 실시간으로 추적할 수 있다. 따라서, 사용자는 현장 조건 및 용도에 맞춰 적합한 제품을 선택하여 적용할 수 있다.

 

집중 감지를 위한 후경 무시(배경 억제) 등의 두 가지 모드

T30R은 차량 감지용으로 미러 반사와 후경 무시의 두 가지 감지 모드를 제공한다. 미러 반사 모드에서 센서는 고정점 주변의 작은 영역에 빔을 집중하고 물체가 해당 빔을 방해하면 신호를 보내게 된다. 이 견고하고 신뢰도 높은 감지 방법은 하역장에서 트럭의 존재 여부를 감지하는 데 적합하다. T30R의 후경 무시 모드를 사용하면 차량을 감지하고 그 너머의 다른 모든 것을 무시하는 차단 거리를 관찰하여 목표물을 보다 구체적으로 식별할 수 있다. 예를 들어, 센서를 수직으로 장착하고 아래를 향하면 지면에서 특정 높이 아래에 있는 물체를 무시할 수 있으므로 높이가 높은 트럭은 센서를 작동시키지만 자동차나 사람과 같은 보다 높이가 작은 물체 감지 시에는 신호가 출력되지 않게 설정할 수 있다.

 

LED 스트립 조명의 정확한 디스플레이를 위한 측정 홀딩 기능

트럭에는 돌출된 다양한 부품과 표면의 모양과 각도(범퍼, 뒷차축, 휠 등)의 변화가 있기 때문에 레이더 센서에 접근하는 트럭은 몇 가지 감지 지점을 가지고 있다. 운전자가 도어로 후진할 때 T30R-4545를 사용하여 하역장에서 트럭까지의 거리를 측정하는 경우 이러한 부분으로 인해 전체 감지 결과가 불규칙하게 ‘점프’하여 스트립 라이트 등의 시각적 표시기에 갑작스러운 변동이 발생할 수 있다. 하지만 배너 엔지니어링의 센서 구성 소프트웨어 알고리즘을 사용하여 이러한 동작을 보정하는 측정 홀딩 기능을 사용할 수 있다. 측정 홀딩 기능을 활성화하고 보정하면 감지 데이터 포인트가 트럭의 실제 연속 동작과 일치하도록 매끄럽게 처리된다. 이에 따라 T30R-4545 출력을 표시하도록 구성된 스트립 라이트는 트럭이 가까워질수록 점진적으로 레벨이 높아지고, 멀어질수록 점진적으로 낮아지는 형태로 구현된다.

 

악천후에서도 신뢰할 수 있는 성능

레이더 기술은 해상과 기상학에서 특히 유용한 것으로 입증되었는데, 그 이유 중 하나는 레이더가 폭풍, 강수량 및 기타 대기 조건이 있는 곳에서도 계속 작동하기 때문이다. 실내 자동화 시설에서 탁월한 성능을 발휘하는 일부 센서는 보다 가변적인 실외 환경에서 추가적인 문제에 직면한다. 예를 들어, 비, 눈, 안개, 심지어 햇빛도 광전 센서 빔을 방해할 수 있으며, 바람 및 기온 변화는 초음파 신호의 속도에 영향을 줄 수 있다. 다행히 T30R 시리즈에 사용되는 FMCW 레이더 탐지는 모든 유형의 날씨에서 정확성과 신뢰할 수 있는 성능을 제공하므로 적재 도킹 스테이션의 거리 모니터링과 같은 실외 애플리케이션에 이상적인 솔루션이다.

 

무선 I/O와 연결하여 내부로 신호 전달

T30R 레이더 센서 시리즈는 배너 엔지니어링의 무선 솔루션인 DX80 무선 노드와 페어링되므로 트럭 감지 시, 출력을 전송하여 직원에게 하역 도킹 스테이션에 대기 중인 차량에 대한 정보를 전달하는 것도 가능하다. 직원들에게 대기 중인 트럭을 알리기 위해 가청 경보가 있는 경광등을 창고에 설치하는 방법도 사용할 수 있는데, 70파이 사이즈의 TL70 경광등 시리즈가 창고 전체에서 듣고 볼 수 있어 사용하기에 적합하다. 혹은 K50 터치 버튼을 초인종으로 설치하여 사용하는 것도 가능하다. 배너 엔지니어링의 LED 제품은 다양한 환경에서 밝은 가시성을 제공하며, 저전력 및 긴 수명을 보장한다.

 

다양한 애플리케이션

T30R 레이더 센서는 하역장에서의 사용뿐만 아니라 다양한 애플리케이션에 활용할 수 있는데, 대표적인 사례는 증기가 발생하는 탱크 내 액체 레벨 모니터링, 공항의 수하물 처리를 지원하는 지상 지원 장비(GSE: Ground Support Equipment)와 항공기와의 거리 측정을 통한 충돌 방지, 반사율이 높은 반짝이는 금속의 감지, 자동 세차기계에서의 차량 거리 및 높이 감지, 리치 스태커의 그리핑 장치와 컨테이너의 충돌 방지 등이 있다.

현재 T30R 시리즈 레이더 센서는 국내 전자파 적합 등록 인증 취득 후 유명 철강 회사에 슈트 벨트 정렬 감지 용도로 적용 예정이며, 이 외에도 호퍼 레벨 모니터링 등의 다양한 애플리케이션에도 적용을 검토하고 있다.

 

한편, 자동화 솔루션 분야 글로벌 선도기업 터크의 글로벌 파트너사 배너 엔지니어링에서는 사용자의 레이더 센서 사용에 대한 팁으로 ‘레이더에 대해 알아야 할 10가지 사항’이라는 기술 백서를 제공하고 있다. 아래 QR코드를 인식하여 해당 백서를 다운로드할 수 있다.

 

 

증기가 발생하는 탱크 내 액체 레벨 모니터링 사례

 

공항의 수하물 처리를 지원하는 지상 지원 장비 (GSE: Ground Support Equipment)와 항공기와의 거리 측정을 통한 충돌 방지 사례

 

자동 세차기계에서의 차량 거리 및 높이 감지 사례

 

 

리치 스태커의 그리핑 장치와 컨테이너의 충돌 방지 사례